宇(yǔ)宙(zhòu)是“人为制造”的？为何会(huì)存在科(kē)学无法解释的“暗物质”？暗物质又究竟是什么？人类为了寻(xún)找暗物质存(cún)在(zài)的证据(jù)，科(kē)学家们在过(guò)去的几十年(nián)当中进行(xíng)了(le)超过50次的长期(qī)实(shí)验，但是却没有(yǒu)发现任何的有(yǒu)效(xiào)证据。除(chú)了一(yī)个地方，在1687年出版的(de)自(zì)然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克(kè)牛(niú)顿(dùn)发表了万有引力(lì)定(dìng)律(lǜ)，它(tā)揭示了宇宙(zhòu)中天体(tǐ)运动的(de)规律。往后的几百年来(lái)，当天文学家们发现(xiàn)某些天体运行(xíng)轨道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的(de)时候(hòu)，他们就(jiù)会知道(dào)，周围(wéi)一定有(yǒu)未(wèi)知的天体通(tōng)过引力在摄动(dòng)它的(de)轨道(dào)。比(bǐ)如在1846年，奥本勒(lēi)维耶就通(tōng)过天(tiān)王星(xīng)运行轨道的(de)异常(cháng)，推(tuī)算并且(qiě)发现(xiàn)了海王星的存(cún)在。另外，哈雷彗(huì)星(xīng)、冥王星(xīng)的发现都是应用(yòng)万(wàn)有(yǒu)引力定律所(suǒ)取得(dé)重大(dà)天文成就的(de)例子。但是这些(xiē)发现都(dōu)是(shì)在恒(héng)星系统的(de)尺度当中(zhōng)，可当我们上升到(dào)星系或者是(shì)星团的尺度(dù)，事情就开始变得诡(guǐ)异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹(zī)威基正在(zài)研究(jiū)和(hé)测量后发星系团的质量(liàng)。这(zhè)是一个由数千个星系(xì)所组成(chéng)的巨(jù)大星系团(tuán)，这(zhè)些星系被引(yǐn)力束缚在(zài)一起。测量星系团的质量一(yī)般会使用到(dào)两种方(fāng)法，当(dāng)两种方法结(jié)果一致，就可以确定其(qí)质(zhì)量的范围。

第一(yī)种(zhǒng)是获得其"光(guāng)度学的质量"，需要(yào)的数据(jù)是测量(liàng)各个星系的光度。

第二种是动力学(xué)质量的计算，是利(lì)用(yòng)光谱红移测(cè)量(liàng)星(xīng)系(xì)团中的各个星系(xì)相对于星系团的运(yùn)动速度。当测量结(jié)果(guǒ)出来之(zhī)后，兹威基彻(chè)底懵了，“动力学质(zhì)量”竟然是(shì)“光度学质量(liàng)”的400倍。这意味(wèi)着，后发座星系团(tuán)有(yǒu)99%的质量(liàng)消失了，或者说这99%的质量并(bìng)不以可(kě)见光的形式所存在，我们无法看到。最(zuì)诡异的(de)是，在测量速度(dù)的过(guò)程中，兹(zī)威(wēi)基发现星(xīng)系(xì)团中(zhōng)很多星系的速度比理(lǐ)论上(shàng)要快得多，按照牛顿(dùn)的(de)运动学(xué)定律，仅靠这(zhè)些可见(jiàn)星系的(de)质量所产生(shēng)的引力是(shì)无法将它们束缚在星系团内的(de)，它们早(zǎo)就应该被抛出(chū)星系(xì)团之外了，除非(fēi)有(yǒu)一种神(shén)秘的力量在起作用，这(zhè)种(zhǒng)力(lì)量来源(yuán)于某种隐形的物质。

据此(cǐ)，兹维基提出(chū)了这样部分不可见(jiàn)的暗质，它(tā)不发散光(guāng)、吸光、反射光，但是它们却(què)占据(jù)着宇宙(zhòu)中绝(jué)大部分的质(zhì)量(liàng)。只是当时的人(rén)们对这样的(de)一种说法不屑(xiè)一顾。

直到(dào)40年之(zhī)后，“暗(àn)物(wù)质”这(zhè)个词才再一次(cì)出现(xiàn)。天文(wén)学家维拉鲁(lǔ)宾和肯特福特在观测仙女座星(xīng)系中的恒星运动。理(lǐ)论上来说(shuō)，距离中(zhōng)心越远的恒星(xīng)在其轨道上(shàng)的运行速度就会越慢。但(dàn)是(shì)他们观测的结(jié)果却让人感到不可思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋转速度几乎保(bǎo)持不变。可是(shì)根(gēn)据牛顿的万有(yǒu)引力定律，在(zài)星系当中如(rú)果没有足够(gòu)大的质量来吸引它们，这些(xiē)外围的恒星早就被甩到宇宙当中了。基(jī)于(yú)这种现象，科(kē)学家们会(huì)使用一种相对标准(zhǔn)的方(fāng)法来解释暗物质的存在，这种方法就是测量星系当中气体在(zài)X轴上距离星系(xì)中心的距离，以(yǐ)及在Y轴上气体的旋转速度(dù)。如果出现异(yì)常的结果，就认为是由暗(àn)物质的力量进入(rù)其中。

于是科(kē)学家(jiā)们(men)通过射电望远镜(jìng)测(cè)量了(le)距离星系中心更远距离的氢元素(sù)，发现(xiàn)它(tā)们的旋(xuán)转速度并不符合牛顿的力学定(dìng)律。我们的太(tài)阳系也不例外，太阳系位(wèi)于银河(hé)系的(de)第三悬臂之上，距(jù)离银河(hé)系中心2.6万光年，根据(jù)万有引力定(dìng)律进行计(jì)算，太阳(yáng)系的运行速度应该(gāi)是160千米/秒，但实际(jì)上，太阳系正在(zài)以(yǐ)220千米/秒的速度围(wéi)绕银河系旋转，这个实际速度远远(yuǎn)大于理论速度，那么(me)产生以(yǐ)上这(zhè)种向心(xīn)加速度的原(yuán)因(yīn)很可能就是存(cún)在(zài)着一种我们看(kàn)不到的(de)物质，是这些暗物(wù)质的引力效应(yīng)将星系聚集在(zài)了一起。

也是从这时开始，越来越多(duō)的研究人(rén)员(yuán)开始相信(xìn)暗(àn)物(wù)质的存在。科学家根据星(xīng)系外恒星轨(guǐ)道(dào)的速度，估算在(zài)星(xīng)系当(dāng)中暗物质的(de)质量占整(zhěng)个星系质(zhì)量的(de)85%。但(dàn)是，暗物质并不是(shì)唯一可以解释(shì)这个现(xiàn)象(xiàng)的(de)原因。在(zài)一项新的(de)研究当中(zhōng)，科学家们发现，几乎(hū)没有引力(lì)效应的遥远(yuǎn)恒星之间，也会出现速度上的(de)微(wēi)小差异。另外(wài)，天文(wén)学家还发现了一个(gè)反常(cháng)的星系(xì)，叫做Agc114905。这个星系距(jù)离地球大(dà)约(yuē)2.5亿光年，大小和银(yín)河系(xì)不(bù)多，但是星(xīng)系当中存在(zài)的(de)恒星数量却只(zhǐ)有(yǒu)银(yín)河系的千分之一。

所以(yǐ)在理论(lùn)上，该星系必须(xū)存在(zài)暗物质，否(fǒu)则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用最先进的望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行(xíng)了40个小时的详细测量之后(hòu)，发现星系(xì)中的(de)恒(héng)星运动是可以用(yòng)正常的物(wù)质(zhì)和力学定律来解释(shì)的。那么又有人提(tí)出，也许该星系的(de)暗(àn)物质，已(yǐ)经被附近的另(lìng)一个大星(xīng)系剥离了。奇怪的是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在(zài)。造成(chéng)这些现(xiàn)象的除(chú)了暗物质的(de)假说之外，另一种(zhǒng)可(kě)能(néng)就是(shì)人类对引力的理(lǐ)解还不够(gòu)全面(miàn)，引力很(hěn)可能在不(bù)同(tóng)尺度空(kōng)间中的工作方式是不同的，这意味着在行星系尺(chǐ)度中的天体会沿着它们的轨(guǐ)道，按照我们所(suǒ)理解(jiě)的方式运动。但是上升到星系和星团的尺度，引(yǐn)力之间的相(xiāng)互作用则是不同的方(fāng)式。对于在星系团之间的相互(hù)作用，科学家还引入了外部场效(xiào)应的(de)概(gài)念(niàn)，指(zhǐ)的是在数(shù)百万光年的规模(mó)上(shàng)，巨(jù)大的(de)质量之间会(huì)产生(shēng)对彼此特(tè)殊的效果，这(zhè)个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理论。如果(guǒ)MOND蒙德理论成立，这意味着我(wǒ)们(men)需(xū)要(yào)对现(xiàn)在的(de)物(wù)理定(dìng)律进行修正，这些发现也让(ràng)很多人认为(wèi)暗物质假说理论就此终结(jié)。但是(shì)在宇宙当中还有(yǒu)关于暗物质存在的(de)其(qí)他(tā)的理论证据，这些理论证据是蒙德理(lǐ)论(lùn)所没法解释的“引力透镜”。

径向距离为37亿(yì)光(guāng)年的子弹星(xīng)系团，由两(liǎng)个碰撞的星(xīng)系(xì)团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团(tuán)，它们(men)大部分的普通质量都在星系的(de)气(qì)体(tǐ)当中(zhōng)。当星(xīng)团以1000万(wàn)公里(lǐ)/小时发生碰(pèng)撞的时候，星际气体的相互作用就会导致(zhì)温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所以(yǐ)在理(lǐ)论上，在碰撞之后，子弹星系(xì)团(tuán)大部(bù)分的质(zhì)量将位于所有这些气体所在的中(zhōng)间区域(yù)。那么我们通(tōng)过(guò)什么来验证它(tā)的质量区域到底是不(bù)是集中在中间(jiān)呢(ne)？前不久，詹(zhān)姆斯(sī)韦伯(bó)太空望(wàng)远镜传(chuán)回了宇宙当中(zhōng)第一张(zhāng)全彩(cǎi)的(de)高(gāo)清照片，在照片中我们可以(yǐ)明显地看到很(hěn)多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大(dà)的形(xíng)变。其实这(zhè)些(xiē)星系本(běn)身并不(bù)是真的(de)被扭(niǔ)曲了，也(yě)不是韦伯望远镜出了(le)什么问题，而是这样极遥(yáo)远的天体(tǐ)和(hé)我们(men)地球上的观测(cè)者之间(jiān)。被一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质量的东西的引力(lì)，会使身后更遥(yáo)远(yuǎn)星系(xì)的光都发生(shēng)了扭曲。这(zhè)个现象就是引力透(tòu)镜效应。这(zhè)个巨(jù)大(dà)的天体可能(néng)是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞或者是暗(àn)物(wù)质。

所以当人们对子(zi)弹(dàn)星系团观测的时候(hòu)，发现它的大质量区域(yù)并不(bù)是在中(zhōng)间(jiān)，而是(shì)在(zài)两(liǎng)侧。所以最(zuì)好的解释(shì)方法就(jiù)是当(dāng)星团发(fā)生(shēng)全部的(de)碰撞(zhuàng)时(shí)，可被观(guān)测到的质量气体被卡在了中(zhōng)间，暗(àn)物(wù)质则直接(jiē)通过了这个区域，并在两边形成了引力透镜。对(duì)子弹星系团的引力透镜研究也被认为是暗物质存在的迄今为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据。

除此之外，还有来自(zì)宇(yǔ)宙当(dāng)中(zhōng)最古老的(de)光。从宇(yǔ)宙(zhòu)大(dà)爆炸开始，38万年之后，可见光终(zhōng)于可以畅(chàng)通无阻地穿越在宇宙当(dāng)中(zhōng)了。经过了(le)130多(duō)亿年(nián)之后(hòu)，这些(xiē)光在(zài)宇宙空间背景(jǐng)上留下了各相同性的(de)微波辐射(shè)。其(qí)中红色的部分表示温(wēn)度较高的区域，蓝色则表示相对较冷的区域，但实际上(shàng)它们之间(jiān)的温差只(zhǐ)有(yǒu)万分之一(yī)。

科学家们通过对前(qián)景背景(jǐng)分离后的二值图像(xiàng)进行(xíng)连通域提取和标记之后发现，如果宇宙当中没有暗(àn)物质，图(tú)形看起(qǐ)来不应该是这样(yàng)的(de)，而随着暗物(wù)质的增加，一些峰(fēng)值的幅度(dù)会减小，才变得(dé)看起来(lái)“和谐”。为了匹(pǐ)配宇宙微波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物质(zhì)大约(yuē)是普通物质(zhì)的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中(zhōng)恒星运(yùn)动所需要的暗物质比例是一致(zhì)的(de)。这就意(yì)味着(zhe)。

用了一个(gè)简单的理论(lùn)框架(jià)，就(jiù)很(hěn)好(hǎo)地解释了很多不同的观测结果。而暗物质的本质就是宇宙当中(zhōng)存在着(zhe)某种(zhǒng)类型的粒子(zi)，它们不参与任何其他(tā)的(de)电(diàn)磁作(zuò)用，只通过引力来(lái)相互(hù)作用。所以如果能(néng)够找到这种(zhǒng)粒子的存在，就相当(dāng)于(yú)找(zhǎo)到了暗物质存在的(de)实际(jì)证据。这种粒子(zi)到底是什么(me)？科学(xué)家们已经(jīng)提出了(le)数十种的(de)假想目标，而要寻(xún)找这些(xiē)不同(tóng)的目标粒子所需要的(de)实验方式也不相(xiāng)同。在过去(qù)的几十年当中，人(rén)类为了寻(xún)找(zhǎo)这些看不见、摸不到，几(jǐ)乎不会与(yǔ)常规(guī)物质相互(hù)作用的“暗物质”，科学家(jiā)们已经进行了超过50次的实验，却没(méi)有任何实质性的(de)发现，除了(le)一(yī)个地(dì)方，意大利的格(gé)兰(lán)萨索(suǒ)山，隶属于阿尔(ěr)卑斯山脉(mài)。

在(zài)山(shān)下1400米处(chù)的地下矿井当(dāng)中，藏着地球上最大的地(dì)学(xué)实验室(shì)，这(zhè)个实验室叫“DAMA/LIBRA”。这里有一个三层楼高(gāo)的探测器，一直致(zhì)力于寻找暗物质粒子的周期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科(kē)学家声称观测到了(le)某种信号。经过(guò)了20多年的数据收(shōu)集，人们(men)发现了(le)一(yī)个有趣的事情。探测(cè)率会(huì)在每(měi)年的6月份达到峰值，然后在11月(yuè)降到最低，而且在20年当中每年都是一样。一(yī)些科学家认为(wèi)这可能(néng)是人类发现暗物质的第一(yī)个直接证(zhèng)据。

但(dàn)是为什么暗物质会产生周期性的年度信号呢(ne)？刚才我们讲了太阳系正(zhèng)在以22在职教育是什么意思，补充在职是什么意思0公(gōng)里/秒的(de)速度(dù)围绕(rào)着银河系(xì)进行移动，那么如果暗(àn)物(wù)质存在宇宙(zhòu)当(dāng)中，这意味着我们也在以(yǐ)这样(yàng)的速度在穿(chuān)越着暗物质(zhì)流，这个过程(chéng)中会产生相(xiāng)应的(de)振荡，同(tóng)时(shí)地球又以30公里/秒(miǎo)的速度(dù)围绕(rào)太阳进行旋转。所以有(yǒu)半年的时间，地球围绕太阳的方(fāng)向与(yǔ)太阳(yáng)环绕银河系的方向是(shì)一致的(de)，而(ér)另(lìng)外半年则与之相反。

而(ér)在6月份(fèn)的时候(hòu)，地(dì)球与太(tài)阳的方向正好达到完(wán)全一致，这是(shì)理论(lùn)上地(dì)球穿越暗物质流最快的时段。而(ér)在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最慢值。尽管在实际的(de)情况中，太(tài)阳系相对(duì)银河系(xì)的平(píng)面呈现了60度的倾斜，但是这(zhè)并不影响(xiǎng)这个理论的有效性。

因此科学(xué)家(jiā)认为(wèi)这可以用来(lái)解释，研(yán)究人员们所观(guān)测(cè)到(dào)的周期性信号(hào)。当然也可(kě)能有其他的情况，造成这种(zhǒng)年(nián)度周(zhōu)期信号的(de)差异(yì)也(yě)可能(néng)是温(wēn)度、湿度、土壤中的水(shuǐ)分、高(gāo)山上(shàng)的积雪，甚(shèn)至(zhì)连意大(dà)利游(yóu)客的数量也符(fú)合这个周期的规(guī)律。

所(suǒ)以，科(kē)学家们又在南半球建立了一(yī)个几乎相同的实验室，这(zhè)里的(de)季节与之(zhī)前的实验室正(zhèng)好相反(fǎn)，而在这里(lǐ)，地球穿过暗物质流的运动特征和(hé)第一个实(shí)验室(shì)是一样(yàng)的。

因此(cǐ)，如果在这里可(kě)以得到相(xiāng)同的信号(hào)，就(jiù)可以(yǐ)成(chéng)为暗物(wù)质所(suǒ)存在的非(fēi)常有力(lì)的证据了。但是由于这(zhè)个实验室刚刚建(jiàn)成不久，所以截至目前还无法提供相应的数据支(zhī)持。另外，在2025年，NASA将会发射一台新(xīn)的(de)望远(yuǎn)镜，这台太空(kōng)望远镜叫做“南希格雷斯罗曼”，它的主镜大(dà)小跟哈勃望远镜相(xiāng)同，但它的(de)宽视场仪器(qì)提供(gōng)的视野是(shì)哈勃红外仪器的100倍。南(nán)希格(gé)雷斯罗曼太空望远(yuǎn)镜其中一(yī)个关(guān)键的用途(tú)就是探索暗(àn)物质背后(hòu)的奥秘，对于探测的结(jié)果，我们(men)只能拭目以待了。费米实(shí)验(yàn)室粒子天(tiān)体物理中心的科学家丹琥(hǔ)珀和(hé)贾森斯特芬研(yán)究(jiū)发现，如果(guǒ)暗物质存(cún)在，它们极有可能拥有另(lìng)一种神秘的(de)效应，这种暗(àn)物质效应(yīng)，会支持宇宙当中生命的(de)诞生，或者说(shuō)是生命(mìng)进(jìn)化的(de)一个重(zhòng)要因素。

如果这一理(lǐ)论得到进一步的(de)证实，那么遍布宇宙当中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类并不(bù)孤单呢？或许在宇宙(zhòu)当(dāng)中(zhōng)某个角落(luò)的行星上，暗(àn)物质正在(zài)通过这(zhè)样的效应创造(zào)生命。当然，这些推(tuī)论(lùn)的大前提是要(yào)先找到暗物质存在的(de)实际证据。那么小伙伴们(men)，你们觉得暗物质到底(dǐ)存不存在呢？喜欢请点赞，你(nǐ)的支持(chí)是(shì)我更新(xīn)的(de)动(dòng)力！

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